D.Szukała
JAk organizm pozyskuje energię? - podstawowe informacje
Każdego dnia, w organizmie człowieka zachodzą złożone i skomplikowane procesy metaboliczne, jak: reakcje syntezy i rozkładu różnych związków chemicznych, procesy transportowe, usuwanie szkodliwych produktów przemiany materii, itp. Wiele komórek wykonuje także potężną pracę mechaniczną, jak choćby komórki serca czy mięśni szkieletowych. Przebieg wszystkich tych procesów możliwy jest dzięki energii, jaką ustrój pozyskuje ze spalania składników odżywczych obecnych w pokarmie.
Podstawowym nośnikiem energii w komórkach jest ATP
Węglowodany, tłuszcze i częściowo białka - to jedyne składniki pokarmowe z jakich komórki ciała ludzkiego mogą czerpać energię do życia. W wyniku przemian biochemicznych tych składników, powstaje wysokoenergetyczny związek chemiczny - adenozyno(tri)fosforan (ATP) - który ma zdolność magazynowania dużej ilości energii na krótki czas. Przeciętnie, człowiek, w stanie spoczynku wykorzystuje ok. 45kg ATP dziennie, ale ilość tego związku w organizmie w danej sekundzie nie przekracza 1g. Oznacza to, że cząsteczki adenozynotrifosforanu są tak szybko zużywane jak i odnawiane. Im większa pracę mięśniową wykonuje człowiek tym większe ilości ATP są potrzebne dla zachowania prawidłowej równowagi w organizmie. W czasie wytężonego wysiłku fizycznego, szybkość zużycia ATP może wynieść nawet 0,5kg na minutę. Gdyby zablokować produkcję tego związku, jego zapas starczyłby zaledwie na sekundę. ATP nie jest więc magazynem energii, ale energetycznym środkiem obiegowym, podlegającym ciągłej regeneracji.
Czym jest ATP ?
Jest to związek który składa się z trzech zasadniczych części: adeniny - zasady azotowej (obecnej także w kwasach nukleinowych RNA i DNA), rybozy - pięciowęglowego cukru oraz trzech grup fosforanowych.
ADENINA RYBOZA P1 P2 P3
Wiązania chemiczne, którymi połączone są grupy fosforanowe (P1, P2 i P3) są dość nietrwałe i łatwo ulegają rozbiciu.
Kiedy z cząsteczki ATP odrywa się końcowa grupa fosforanowa P3 powstaje związek o nazwie ADP - adenozyno(di)fosforan. Podczas tej reakcji uwalniana jest duża ilość energii, którą komórki zużytkowują na określone cele, między innymi pracę mięśniową.
ATP ADP + P + ENERGIA
Ponieważ zawartość ATP w komórkach jest niewielka i jego zasoby szybko ulegają zużyciu, cząsteczki tego związku muszą być nieustannie odnawiane. Najszybszym sposobem odbudowy ATP jest jego regeneracja przy udziale (fosfo)kreatyny - związku znajdującego się w znacznych ilościach w mięśniach szkieletowych oraz innych tkankach. Reakcja polega na przeniesieniu grupy fosforanowej z fosfokreatyny na cząsteczkę ADP, która uprzednio powstała z rozpadu ATP.
ADP + CP(fosfokreatyna) ATP + C (kreatyna)
Jednak, zawartość fosfokreatyny w mięśniach jest również ograniczona i dla podtrzymania aktywności mięśniowej przez dłuższy czas, ATP musi być regenerowane także innymi drogami. Składnikami energetycznymi wykorzystywanymi do odtwarzania ATP, oprócz fosfokreatyny są również: glikogen mięśniowy, glukoza wychwytywana z krwi, wolne kwasy tłuszczowe, ketokwasy i aminokwasy. O tym jednak, który z powyższych składników w danym momencie dominuje w przemianach energetycznych, decyduje wiele czynników jak: czas i intensywność wysiłku, dostępność tlenu, a także rodzaj diety i stopień wytrenowania.
Organizm wytwarza ATP różnymi drogami
W zależności od tego, jak duże istnieje zapotrzebowanie na energię, organizm może korzystać z pomocy trzech różnych systemów energetycznych, biorących udział w wytwarzaniu cząsteczek ATP:
system energetyczny - ATP-CP
system energetyczny - MLECZANOWY
system energetyczny - TLENOWY
Podczas wysiłków krótkich i bardzo intensywnych, trwających zaledwie kilka sekund (np. biegi sprinterskie), głównym źródłem energii do odbudowy ATP jest fosfokreatyna (CP). System energetyczny ATP-CP aktywowany jest natychmiast po rozpoczęciu pracy mięśniowej. Nie wymaga obecności tlenu i jest zdolny do produkcji energii, w bardzo krótkim czasie. System ten jednak posiada ograniczoną wydajność, co podyktowane jest niewielkimi zasobami fosfokreatyny w mięśniach.
Po upływie ok. 10s intensywnego wysiłku, w organizmie zostaje uruchomiony mleczanowy system energetyczny, gdzie głównym źródłem energii do syntezy ATP jest glikogen miesniowy (zapas cukru) . W wyniku rozpadu tego związku powstaje glukoza, która w toku dalszych przemian biochemicznych przetwarzana jest na ATP.
Jeżeli wysiłek fizyczny przebiega z dużą intensywnością, proces rozpadu glikogenu mięśniowego odbywa się w warunkach beztlenowych. Wówczas, uwolniona glukoza spalana jest tylko częściowo, dostarczając w szybki sposób niewielką ilość energii, a produktem końcowym tej reakcji jest kwas mlekowy - związek nasilący proces zmęczenia w obrębie komórek mięśniowych. Tak więc, mleczanowy system energetyczny, podobnie jak system ATP-CP jest zdolny do szybkiego wytwarzania energii, jednak jest niewystarczający do produkcji ATP przez dłuższy czas.
Zarówno system ATP-CP jak i mleczanowy system energetyczny umożliwiają wykonywanie krótkiej i intensywnej pracy mięśniowej. Wysiłki fizyczne, podczas których organizm korzysta z tych dwóch systemów energetycznych określane są wysiłkami anaerobowymi lub beztlenowymi. Osoby, angażujące się w treningi o charakterze beztlenowym (treningi siłowe i szybkościowe), powinny więc dążyć do utrzymania wysokiego poziomu glikogenu i fosfokreatyny w mięśniach, co można osiągnąć m.in. dzięki odpowiedniemu spożyciu węglowodanów w diecie oraz suplementacji kreatyną i rybozą.
Trenując mniej intensywnie, można trenować dłużej
Podczas wysokiej intensywności wysiłku, w mięśniach dominują procesy beztlenowego spalania cukrowców. Jak już wcześniej wspomniano, ilość energii wytwarzana w warunkach niepełnego spalania glukozy jest niewielka, dlatego sportowiec nie jest w stanie prowadzić zbyt intensywnego wysiłku przez dłuższy czas. Dodatkowo, powstaje znaczna ilość kwasu mlekowego, który ogranicza zdolność do wysiłku.
Jeżeli jednak intensywność wysiłku jest mniejsza i odpowiednio skorelowana z potrzebami tlenowymi organizmu ( wysiłek nie powodujący długu tlenowego - „zadyszki"), wówczas glukoza uwolniona z rozpadu glikogenu może ulęgać całkowitemu spalaniu do dwutlenku węgla i wody, z wytworzeniem dużej ilości ATP (tlenowy system energetyczny) . Podczas tlenowego spalania glukozy komórki mogą uzyskać prawie 19 razy więcej cząsteczek ATP niż podczas przemian beztlenowych, jednak tempo wytwarzania energii jest znacznie wolniejsze. W procesie tym powstaje także mniej kwasu mlekowego. Tak więc wysiłki odbywające się na drodze przemian tlenowych (wysiłki aerobowe) mogą być wykonywane przez dłuższy czas, ale za to z mniejsza intensywnością.
Tłuszcze - nieograniczone źródło ATP
Wydłużanie pracy mięśniowej, nawet przy niewielkiej intensywności ćwiczeń nie było by możliwe, gdyby jedynym źródłem energii dla komórek był glikogen. Jego zasoby w mięsniach i wątrobie nie są na tyle duże, by starczyły na zbyt długi wysiłek.
W miarę kontynuowania pracy mięsniowej, podstawowym źródłem energii stają się tłuszcze (lipidy). Ich wydajność energetyczna jest niezwykle wysoka. Na przykład w wyniku całkowitego utleniania palmitynianu powstaje ponad 100 cząsteczek ATP.
W organizmie człowieka tłuszcze występują w znacznych ilościach w mięśniach i innych narządach, jednak największe ich zasoby zmagazynowane są w tkance tłuszczowej podskórnej.
Proces całkowitego spalania kwasów tłuszczowych wymaga pełnej dostępności tlenu, gdyż tylko w takich okolicznościach reakcja ta jest możliwa. Najkorzystniejsze warunki tlenowe panują podczas wysiłków o małej i średniej intensywności (tętno 110-130). Wówczas przemiany tłuszczowe odgrywają pierwszoplanową rolę w dostarczaniu energii. Warto więc pamietać, że dłuższy i mniej intensywny wysiłek nasila utlenianie kwasów tłuszczowych, zaś krótszy i bardziej wyczerpujący zwiększa spalanie glikogenu. Zrozumienie tej zależności ma szczególne znaczenie dla osób borykających się z nadwagą. Wiele z nich stosuje jedynie krótkie i intensywne wysiłki w celu zredukowania zapasów zbędnego tłuszczu, co nie jest do końca postępowaniem słusznym.
Energię może organizm pozyskiwać także z białka
Węglowodany i tłuszcze stanowią podstawowe źródło energii dla pracy komórek mięśniowych. Jednak, w pewnych okolicznościach, metabolizm energetyczny tych składników może ulec zachwianiu, w efekcie czego organizm zmuszony będzie pozyskiwać ATP kosztem utleniania białek mięsniowych, co z punktu widzenia zdrowia i sprawności fizycznej nie jest korzystne. Proces ten może zachodzić między innymi w wyniku drastycznego spadku poziomu glikogenu w mięśniach i wątrobie, na skutek głodzenia lub zbyt długiego wysiłku fizycznego.
Podczas zwiększonej intensywności pracy mięśniowej, glikogen staje się podstawowym źródłem energii, w efekcie czego jego zapasy zmniejszają się w miarę kontynuowania wysiłku. Kiedy poziom tego składnika spadnie poniżej określonej granicy, w miesniach nasila się proces rozpadu aminokwasów rozgałęzionych, których szkielety węglowe wykorzystywane są do produkcji glukozy. Ponieważ w wysiłkach siłowych, glikogen jest podstawowym źródłem energii dla pracy mięśniowej, obniżenie jego zasobów może poważnie nadwerężyć konstrukcje białek mięśniowych. W przypadku osób uprawiających dyscypliny siłowe, zaleca się więc zwiększenie spożycia białka i węglowodanów w diecie oraz stosowanie aminokwasów rozgałęzionych przed treningiem.
Węglowodany zmagazynowane w organizmie, stanowią nie tylko bezpośrednie źródło energii podczas wysiłku, ale także wspomagają proces spalania kwasów tłuszczowych podczas pracy miesniowej o małej i średniej intensywności (tłuszcze spalają się w ogniu węglowodanów). Niedobór glikogenu i tym samym glukozy, może upośledzać utlenianie lipidów podczas wysiłków aerobowych (np. stosowanych w celu redukcji nadwagi). U osób odchudzających się poziom glikogenu, w mięśniach i wątrobie występuje na ogół na niskim poziomie, co najczesciej podyktowane jest ograniczaniem węglowodanów w diecie. Dlatego w okresie redukcji nadmiernej masy ciała, drastyczne eliminowanie tego składnika z pokarmu, nie wydaje się słuszne. Zbyt niska podaż węglowodanów może wyraźnie zakłócać metabolizm kwasów tłuszczowych, a także powodować nadmierny rozpad białek mięśniowych.
Dariusz Szukała www.azp.pl
Każdego dnia, w organizmie człowieka zachodzą złożone i skomplikowane procesy metaboliczne, jak: reakcje syntezy i rozkładu różnych związków chemicznych, procesy transportowe, usuwanie szkodliwych produktów przemiany materii, itp. Wiele komórek wykonuje także potężną pracę mechaniczną, jak choćby komórki serca czy mięśni szkieletowych. Przebieg wszystkich tych procesów możliwy jest dzięki energii, jaką ustrój pozyskuje ze spalania składników odżywczych obecnych w pokarmie.
Podstawowym nośnikiem energii w komórkach jest ATP
Węglowodany, tłuszcze i częściowo białka - to jedyne składniki pokarmowe z jakich komórki ciała ludzkiego mogą czerpać energię do życia. W wyniku przemian biochemicznych tych składników, powstaje wysokoenergetyczny związek chemiczny - adenozyno(tri)fosforan (ATP) - który ma zdolność magazynowania dużej ilości energii na krótki czas. Przeciętnie, człowiek, w stanie spoczynku wykorzystuje ok. 45kg ATP dziennie, ale ilość tego związku w organizmie w danej sekundzie nie przekracza 1g. Oznacza to, że cząsteczki adenozynotrifosforanu są tak szybko zużywane jak i odnawiane. Im większa pracę mięśniową wykonuje człowiek tym większe ilości ATP są potrzebne dla zachowania prawidłowej równowagi w organizmie. W czasie wytężonego wysiłku fizycznego, szybkość zużycia ATP może wynieść nawet 0,5kg na minutę. Gdyby zablokować produkcję tego związku, jego zapas starczyłby zaledwie na sekundę. ATP nie jest więc magazynem energii, ale energetycznym środkiem obiegowym, podlegającym ciągłej regeneracji.
Czym jest ATP ?
Jest to związek który składa się z trzech zasadniczych części: adeniny - zasady azotowej (obecnej także w kwasach nukleinowych RNA i DNA), rybozy - pięciowęglowego cukru oraz trzech grup fosforanowych.
ADENINA RYBOZA P1 P2 P3
Wiązania chemiczne, którymi połączone są grupy fosforanowe (P1, P2 i P3) są dość nietrwałe i łatwo ulegają rozbiciu.
Kiedy z cząsteczki ATP odrywa się końcowa grupa fosforanowa P3 powstaje związek o nazwie ADP - adenozyno(di)fosforan. Podczas tej reakcji uwalniana jest duża ilość energii, którą komórki zużytkowują na określone cele, między innymi pracę mięśniową.
ATP ADP + P + ENERGIA
Ponieważ zawartość ATP w komórkach jest niewielka i jego zasoby szybko ulegają zużyciu, cząsteczki tego związku muszą być nieustannie odnawiane. Najszybszym sposobem odbudowy ATP jest jego regeneracja przy udziale (fosfo)kreatyny - związku znajdującego się w znacznych ilościach w mięśniach szkieletowych oraz innych tkankach. Reakcja polega na przeniesieniu grupy fosforanowej z fosfokreatyny na cząsteczkę ADP, która uprzednio powstała z rozpadu ATP.
ADP + CP(fosfokreatyna) ATP + C (kreatyna)
Jednak, zawartość fosfokreatyny w mięśniach jest również ograniczona i dla podtrzymania aktywności mięśniowej przez dłuższy czas, ATP musi być regenerowane także innymi drogami. Składnikami energetycznymi wykorzystywanymi do odtwarzania ATP, oprócz fosfokreatyny są również: glikogen mięśniowy, glukoza wychwytywana z krwi, wolne kwasy tłuszczowe, ketokwasy i aminokwasy. O tym jednak, który z powyższych składników w danym momencie dominuje w przemianach energetycznych, decyduje wiele czynników jak: czas i intensywność wysiłku, dostępność tlenu, a także rodzaj diety i stopień wytrenowania.
Organizm wytwarza ATP różnymi drogami
W zależności od tego, jak duże istnieje zapotrzebowanie na energię, organizm może korzystać z pomocy trzech różnych systemów energetycznych, biorących udział w wytwarzaniu cząsteczek ATP:
system energetyczny - ATP-CP
system energetyczny - MLECZANOWY
system energetyczny - TLENOWY
Podczas wysiłków krótkich i bardzo intensywnych, trwających zaledwie kilka sekund (np. biegi sprinterskie), głównym źródłem energii do odbudowy ATP jest fosfokreatyna (CP). System energetyczny ATP-CP aktywowany jest natychmiast po rozpoczęciu pracy mięśniowej. Nie wymaga obecności tlenu i jest zdolny do produkcji energii, w bardzo krótkim czasie. System ten jednak posiada ograniczoną wydajność, co podyktowane jest niewielkimi zasobami fosfokreatyny w mięśniach.
Po upływie ok. 10s intensywnego wysiłku, w organizmie zostaje uruchomiony mleczanowy system energetyczny, gdzie głównym źródłem energii do syntezy ATP jest glikogen miesniowy (zapas cukru) . W wyniku rozpadu tego związku powstaje glukoza, która w toku dalszych przemian biochemicznych przetwarzana jest na ATP.
Jeżeli wysiłek fizyczny przebiega z dużą intensywnością, proces rozpadu glikogenu mięśniowego odbywa się w warunkach beztlenowych. Wówczas, uwolniona glukoza spalana jest tylko częściowo, dostarczając w szybki sposób niewielką ilość energii, a produktem końcowym tej reakcji jest kwas mlekowy - związek nasilący proces zmęczenia w obrębie komórek mięśniowych. Tak więc, mleczanowy system energetyczny, podobnie jak system ATP-CP jest zdolny do szybkiego wytwarzania energii, jednak jest niewystarczający do produkcji ATP przez dłuższy czas.
Zarówno system ATP-CP jak i mleczanowy system energetyczny umożliwiają wykonywanie krótkiej i intensywnej pracy mięśniowej. Wysiłki fizyczne, podczas których organizm korzysta z tych dwóch systemów energetycznych określane są wysiłkami anaerobowymi lub beztlenowymi. Osoby, angażujące się w treningi o charakterze beztlenowym (treningi siłowe i szybkościowe), powinny więc dążyć do utrzymania wysokiego poziomu glikogenu i fosfokreatyny w mięśniach, co można osiągnąć m.in. dzięki odpowiedniemu spożyciu węglowodanów w diecie oraz suplementacji kreatyną i rybozą.
Trenując mniej intensywnie, można trenować dłużej
Podczas wysokiej intensywności wysiłku, w mięśniach dominują procesy beztlenowego spalania cukrowców. Jak już wcześniej wspomniano, ilość energii wytwarzana w warunkach niepełnego spalania glukozy jest niewielka, dlatego sportowiec nie jest w stanie prowadzić zbyt intensywnego wysiłku przez dłuższy czas. Dodatkowo, powstaje znaczna ilość kwasu mlekowego, który ogranicza zdolność do wysiłku.
Jeżeli jednak intensywność wysiłku jest mniejsza i odpowiednio skorelowana z potrzebami tlenowymi organizmu ( wysiłek nie powodujący długu tlenowego - „zadyszki"), wówczas glukoza uwolniona z rozpadu glikogenu może ulęgać całkowitemu spalaniu do dwutlenku węgla i wody, z wytworzeniem dużej ilości ATP (tlenowy system energetyczny) . Podczas tlenowego spalania glukozy komórki mogą uzyskać prawie 19 razy więcej cząsteczek ATP niż podczas przemian beztlenowych, jednak tempo wytwarzania energii jest znacznie wolniejsze. W procesie tym powstaje także mniej kwasu mlekowego. Tak więc wysiłki odbywające się na drodze przemian tlenowych (wysiłki aerobowe) mogą być wykonywane przez dłuższy czas, ale za to z mniejsza intensywnością.
Tłuszcze - nieograniczone źródło ATP
Wydłużanie pracy mięśniowej, nawet przy niewielkiej intensywności ćwiczeń nie było by możliwe, gdyby jedynym źródłem energii dla komórek był glikogen. Jego zasoby w mięsniach i wątrobie nie są na tyle duże, by starczyły na zbyt długi wysiłek.
W miarę kontynuowania pracy mięsniowej, podstawowym źródłem energii stają się tłuszcze (lipidy). Ich wydajność energetyczna jest niezwykle wysoka. Na przykład w wyniku całkowitego utleniania palmitynianu powstaje ponad 100 cząsteczek ATP.
W organizmie człowieka tłuszcze występują w znacznych ilościach w mięśniach i innych narządach, jednak największe ich zasoby zmagazynowane są w tkance tłuszczowej podskórnej.
Proces całkowitego spalania kwasów tłuszczowych wymaga pełnej dostępności tlenu, gdyż tylko w takich okolicznościach reakcja ta jest możliwa. Najkorzystniejsze warunki tlenowe panują podczas wysiłków o małej i średniej intensywności (tętno 110-130). Wówczas przemiany tłuszczowe odgrywają pierwszoplanową rolę w dostarczaniu energii. Warto więc pamietać, że dłuższy i mniej intensywny wysiłek nasila utlenianie kwasów tłuszczowych, zaś krótszy i bardziej wyczerpujący zwiększa spalanie glikogenu. Zrozumienie tej zależności ma szczególne znaczenie dla osób borykających się z nadwagą. Wiele z nich stosuje jedynie krótkie i intensywne wysiłki w celu zredukowania zapasów zbędnego tłuszczu, co nie jest do końca postępowaniem słusznym.
Energię może organizm pozyskiwać także z białka
Węglowodany i tłuszcze stanowią podstawowe źródło energii dla pracy komórek mięśniowych. Jednak, w pewnych okolicznościach, metabolizm energetyczny tych składników może ulec zachwianiu, w efekcie czego organizm zmuszony będzie pozyskiwać ATP kosztem utleniania białek mięsniowych, co z punktu widzenia zdrowia i sprawności fizycznej nie jest korzystne. Proces ten może zachodzić między innymi w wyniku drastycznego spadku poziomu glikogenu w mięśniach i wątrobie, na skutek głodzenia lub zbyt długiego wysiłku fizycznego.
Podczas zwiększonej intensywności pracy mięśniowej, glikogen staje się podstawowym źródłem energii, w efekcie czego jego zapasy zmniejszają się w miarę kontynuowania wysiłku. Kiedy poziom tego składnika spadnie poniżej określonej granicy, w miesniach nasila się proces rozpadu aminokwasów rozgałęzionych, których szkielety węglowe wykorzystywane są do produkcji glukozy. Ponieważ w wysiłkach siłowych, glikogen jest podstawowym źródłem energii dla pracy mięśniowej, obniżenie jego zasobów może poważnie nadwerężyć konstrukcje białek mięśniowych. W przypadku osób uprawiających dyscypliny siłowe, zaleca się więc zwiększenie spożycia białka i węglowodanów w diecie oraz stosowanie aminokwasów rozgałęzionych przed treningiem.
Węglowodany zmagazynowane w organizmie, stanowią nie tylko bezpośrednie źródło energii podczas wysiłku, ale także wspomagają proces spalania kwasów tłuszczowych podczas pracy miesniowej o małej i średniej intensywności (tłuszcze spalają się w ogniu węglowodanów). Niedobór glikogenu i tym samym glukozy, może upośledzać utlenianie lipidów podczas wysiłków aerobowych (np. stosowanych w celu redukcji nadwagi). U osób odchudzających się poziom glikogenu, w mięśniach i wątrobie występuje na ogół na niskim poziomie, co najczesciej podyktowane jest ograniczaniem węglowodanów w diecie. Dlatego w okresie redukcji nadmiernej masy ciała, drastyczne eliminowanie tego składnika z pokarmu, nie wydaje się słuszne. Zbyt niska podaż węglowodanów może wyraźnie zakłócać metabolizm kwasów tłuszczowych, a także powodować nadmierny rozpad białek mięśniowych.
Dariusz Szukała www.azp.pl
Poradnia Dobry Dietetyk w Ostrowie Wlkp. http://www.dobrydietetyk.pl/dietetyk/ostrow_wielkopolski/wielkopolskie/3/
Krzysztof Piekarz
soldierr
Strongbart
Czarnuchok
Paul_S
user 1985
